平面绘图仪，你的私人图形专家手工电子DIY教程

这个平面绘图仪有两个可控制的坐标轴，也可以调整画笔的高低。绘图仪底部有一个小孔，可以把笔从中穿过去。这样就可以保证在纸面、地面、墙面、各种表面上作画。两个坐标轴都以步进电机和传送带作为动力装置，通过伺服电机控制画笔高度。所有电子设备都由Arduino控制，由12伏电源适配器供电。

该项目由科罗拉多大学博尔德分校的Tommaso Buvoli, Kristina Callaghan, Bruce Deakyne, and Phillip Dunlap在2011年春天完成。

1 工具和材料1.1 工具● 激光切割机，能够加工18英寸长的材料

● 带锯

● 钻床

● 螺丝刀

1.2 原材料○ 几张1/4英寸厚的压克力板（一条边至少18英寸长）

○ 一小片1/8的椴木(校注:原文没有单位.1/8英寸?，而且文中未使用椴木)

○ 几个1/4英寸的销钉（金属或木质都可，至少18英寸长）

○ 14个小长螺栓和螺母

○ 28个垫圈

电子设备

○ 2个齿轮组

○ 2个大扭矩步进电机

○ 2个步进电机驱动芯片（ULN2003A）

○ 1块面包板

○ 1个2.5V大电流电源

○ 1个5V电源（给Arduino供电，符合USB标准）

○ 1个EasyDriver 步进电机驱动器

2 装配底座准备好至少18英寸*7英寸，1/4英寸厚的压克力板（底座大小）。附件里有4个部件的图纸，它们组成了相应的底座和支架，可以下载参考。

底座在四个角各用两个螺丝和螺母固定。根据使用的螺栓型号自行调整支柱（竖着的那个半椭圆形的东东）上小孔的尺寸和支柱缝隙的宽度。完事后就在激光切割机上切割好基本部件。

开始组装！

底座就像是中心被切掉的正方形，样子有点像规规矩矩的相框。如图所示，把四边的压克力板用螺栓连接起来。螺栓应该很容易插入小孔，再用螺母固定住。在底座的每个支柱上插入两个木制销钉。

3 组装X轴移动盒底座这么组装就OK了。那现在就要搭建可以沿X轴移动动的“移动盒”（可以下载附件）。

给制作移动盒准备一个底，六块儿面。

同样，根据螺丝大小调整一下小孔尺寸。按图上的简略结构，把6个面组装在底座上，把木销穿过小孔固定住。

4 组装Y轴移动盒

沿Y轴移动的“移动盒”是我们要制作的最后一个移动装置。它装有伺服电机，可以调整画笔的高低。这个“移动盒”安装在两个木销上（就是上面第三幅图中灰色的部分），伺服电机安装在“移动盒”顶上，通过“移动盒”上面的小孔固定住。

附件：

5 固定记号笔接下来做一个简单的小配件。它用来固定记号笔，控制画笔的升降。（下载，查看里面两个部件的图纸。）

根据需要，调整正方形夹子的大小。要是你习惯用大号记号笔画画，那就调大夹子的间距。把这两个部件简单拼接在一起，最后成型就是图中所示。把固定标记笔的四个螺丝拧紧，笔就不会滑落了。

6 齿轮组和传动带现在我们需要钻两个带齿轮轴的孔，建议手动钻孔，比较容易控制间距。我们需要的间距大概是11.75英寸，但是同样还是要根据你的齿轮带的长度调整。最重要的是保证齿轮带够紧，防止松弛；但又不能太紧，会产生较大摩擦。

安装X轴电机：最好让支柱的位置接近齿轮后方。把小齿轮用胶水或者树脂胶站在电机轴上后，对准传带齿轮和电机齿轮。如图所示，步进电机装好后应该是翻过来的。调整高度使两个齿轮平齐。用树脂或胶水把支柱的一边固定在电机上，最好是能让电线对着Y轴方向的一边。

连好电机后，调整支柱的位置使齿轮对齐。把齿轮固定住，移动齿轮带；如果你的齿轮不在正中间，那就要调整一下电机的位置。只要找到最佳位置，齿轮就可以均匀咬合了。把两个新加螺丝的小孔位置标记出来。钻孔，并安装支柱。我们发现，在X轴底部增加2个压克力”引导块”，可以让X轴移动的更平滑。在Y轴上重复同样的制作过程。注意为Y轴电机在另一边加上适当的配重。

7 电路这个电路算是相当简单了。把两个ULN2003A驱动芯片安装在面包板上。Arduino上的PWM管脚提供数字输出。具体的引脚在下一步中的软件中可以自定义。驱动每个步进电机需要四个Arduino的管脚（称作数模引脚pins A-D，由软件中选择的PWM输出管脚决定）。每个电机的每个线圈需要两个引脚。连接Arduino的数模管脚和ULN2003的1-4管脚。将8管脚接地，9管脚接2.5V大电流电源。

按下面的顺序连接彩色步进电机线和驱动芯片：

16管脚：橙色15管脚：黑色14管脚：红色13管脚：黄色9管脚：白色

另附步进电机数据表和ULN2003输出管脚。

电机连接在由Arduino驱动的EasyDriver电机驱动器上。用于来回移动记号笔的代码如下：

int stepPin = 2;int dirPin = 3;int LEDpin = 13;int ii = 0;void setup(){pinMode(2, OUTPUT);pinMode(3, OUTPUT);pinMode(13,OUTPUT);digitalWrite(stepPin, HIGH);digitalWrite(dirPin, HIGH);}void loop() {digitalWrite(dirPin, HIGH);for(ii = 0; ii

8 进一步的软件设计

我们的计划是用RepRap固件来驱动电机。RepRap是一个开放源代码项目，作为一个三轴G代码解释器，最初用于3D打印机。尽管G代码需要针对特定设备做修改，但因为它的简洁和占用空间小，在我们的平面绘图仪中已经够用了。我们打算用ReplicatorG（一个开放源代码项目，同样用于3D打印机）生成我们的G代码。它可以读取标准的svg文件，然后通过连接的装置（比如我们的平面绘图仪）将图形描绘出来。